O Detector de Pr´ otons Frontais

assinaturas de f´ısica entre os subdetectores. Combina dados entre os subdetectores para formar objetos f´ısicos de maior qualidade e examinar correla¸c˜oes a n´ıvel de evento. O sistema de trigger de L2 foi concebido para receber at´e 10 kHz de taxa de dados e s´o deixar passar 1kHz de aceita¸c˜oes do trigger. Os eventos que passam o L2 s˜ao marcados para leitura completa do evento e s˜ao passados para o L3.

• triggers de L3: ´ultimo est´agio. Eventos que passaram L1 e L2 s˜ao processados no L3. Os triggers de L3 s˜ao puramente computacionais e consistem em fazer o desem-pacotamento, reconstru¸c˜ao e filtragem dos dados, assim como armazenar em fitas os eventos que foram aceitos pelo L3. ´E um software totalmente program´avel que reduz de 1 kHz para 50 Hz, a taxa de armazenamento dos dados em fita, para an´aliseoffline.

As decis˜oes de L3 s˜ao baseadas em objetos f´ısicos completos, assim como nas rela¸c˜oes entre esses objetos (tal como a rapidez ou o ˆangulo azimutal separando objetos f´ısicos ou sua massa invariante).

OtriggerJT 15TTpor exemplo, deve satisfazer os seguintes requerimentos em cada n´ıvel de trigger:

• L1: ter duas torres de jato (formadas nas camadas eletromagn´etica ou hadrˆonica do calor´ımetro) com ET >3 GeV;

• L2: irrestrito em L2;

• L3: O script de L3 ´e satifeito (e o bit detrigger ajustado a verdadeiro) se pelo menos um jato comET >15 GeV for encontrado usando um algoritmo de cone simples (se¸c˜ao 3.4.1).

3.3 O Detector de Pr´ otons Frontais

O detector de pr´otons frontais, ou FPD [102] (abreviado do inglˆes, Forward Proton Detec-tor) ´e um sistema que foi especialmente projetado para F´ısica Difrativa no DØ. Foi em parte projetado e constru´ıdo em Campinas, no Laborat´orio Nacional de Luz S´ıncrotron, LNLS.

O FPD

O FPD se localiza no t´unel do Tevatron, logo ap´os a parede delimitadora do detector DØ.

Consiste em 9 spectrˆometros de momentum, posicionados dos dois lados do ponto de intera¸c˜ao (ver figura 3.17). Um espectrˆometro ´e um conjunto de dois detectores (cada detector se encontra em um ”Roman Pot”, pequena caixa de a¸co inoxid´avel que isola o detector cintilador do v´acuo e com isso permite que o mesmo opere no mesmo n´ıvel de v´acuo que o feixe) posicionados em sequˆencia, paralelos `a linha do feixe. Ficam posicionados acima (AU, PU) e abaixo (AD, PD) do feixe, e na parte externa (AO, PO) e interna (AI, PI, DI) da circunferˆencia do feixe. Cada detector constituinte de um espectrˆometro ´e identificado pelos n´umeros 1 ou 2, em ordem crescente partindo do ponto de intera¸c˜ao. Do lado do (anti)pr´oton espalhado se encontram os quadrupolos (assim chamados por estarem logo ap´os os ´ım˜as quadrupolares

focalizadores do feixe) (A1U)P1U, (A2U)P2U, (A1D)P1D, (A2D)P2D, (A1I)P1I, (A2I)P2I, (A1O)P1O e (A2O)P2O. Entre os detectores de quadrupolo, h´a um separador⁵ do feixe. O espectrˆometro situado do lado do anti-pr´oton, ap´os os quadrupolos e logo ap´os o ´ım˜a dipolar (utilizado para manter o feixe em sua ´orbita), ´e chamado de dipolo (DI).

Figura 3.17: Layout do detector de pr´otons dianteiros, FPD.

Os castelos

Cada Roman Pot ´e abrigado em um bra¸co de um castelo (figura 3.18) de quatro bra¸cos para os quadrupolos e apenas dois para os dipolos. Cada castelo fica sobre um suporte nivel´avel, mov´ıvel em at´e 15 mm em todas as dire¸c˜oes com uma precis˜ao de 1 mm, que permite alinhar a posi¸c˜ao do castelo com a tubula¸c˜ao do feixe e em rela¸c˜ao ao centro da linha do feixe. Cada castelo tem o sistema de v´acuo monitorado e associado ao castelo um sistema bombeador que provˆe o alto v´acuo.

Cada Roman Pot est´a conectado a um sistema de motor que permite que cada detector seja movido perpendicularmente ao feixe, se aproximando deste com uma precis˜ao de 4.5µm.

A aproxima¸c˜ao dos detectores do feixe ´e feita em cada ciclo de tomadas de dados do Tevatron a luminosidades baixas o suficiente que permitam a aproxima¸c˜ao ao dos detectores do feixe, sem prejudicar o detector por part´ıculas esp´urias do feixe (que s˜ao quanto maior em n´umero quanto a luminosidade do store) ao mesmo tempo em que n˜ao se prejudica o feixe.

Os detectores de posi¸c˜ao

Cada detector de posi¸c˜ao (figura 3.19) ´e constitu´ıdo por fibras cintilantes quadradas de 0.8 mm de largura, arrumadas em um conjunto de quatro fibras, formando assim um canal, com uma separa¸c˜ao entre os canais de 1/3 da largura de uma fibra. Cada canal, composto por 4 fibras, se conecta a um canal de uma fotomultiplicadora multianodo Hamamatsu H6568-MOD – chamada de MAPMT – de 16 canais. Os canais de cada detector se organizam em planos (U, V e X). Cada plano ´e constitu´ıdo de duas camadas (U-U’, V-V’ e X-X’), sendo as camadas U, V e X deslocadas de 2/3 da largura de uma fibra em rela¸c˜ao `as camadas U’, V’ e X’. O plano X de cada detector faz um ˆangulo de 90<sup>o</sup> em rela¸c˜ao `a base horizontal do detector

5o papel do separador ´e aplicar campos el´etricos horizontais e verticais, de tal forma que as part´ıculas do feixe chegando no DØ, colidam frente a frente no ponto de intera¸c˜ao, assim como as part´ıculas do feixe que n˜ao colidiram, deixem o detector DØ retomando sua trajet´oria circular em um movimento em forma de h´elice.

3.3 O Detector de Pr´otons Frontais 43

Figura 3.18: Um castelo dos quadrupolos do FPD.

enquanto que os planos U e V fazem um ˆangulo de ±45^o respectivamente, com o plano X.

Cada camada dos planos U e V contˆem 20 canais e no plano X, s˜ao 16 canais por camada.

S˜ao no total 112 canais por detector, usando 7 MAPMT. Os planos X e V s˜ao separados por um bloco cintilador pl´astico que ´e usado como parte do trigger.

Defini¸c˜ao de hit

Umhit em um dos detectores do FPD, deve ser consistentemente associado `a passagem de um pr´oton [103] difrativamente espalhado. A defini¸c˜ao de hit pode ser diferente dependendo dos cortes de qualidade aplicados ao hit. Idealmente, um hit seria o disparo concomitante de trˆes canais dos 3 planos distintos de um detector, mas devido `a geometria e ineficiˆencias do detector, `as vezes permite-se que umhit seja definido a partir de apenas dois dos trˆes planos de um detector. Um hit ´e identificado a partir de segmentos definidos nas camadas de um detector e pode ser definido com apenas uma das duas camadas de um plano, ou deixar sua marca nas duas camadas do plano de um determinado detector (figura 3.20). Cada segmento tem uma largura de 0.27 mm, o que resulta em uma resolu¸c˜ao espacial de ∼80 µm.

Um hit pode ser classificado como ”loose” ou ”tight”, se definido a partir de dois ou trˆes planos, respectivamente, de um detector.

A partir de dois hits encontrados um em cada detector de um espectrˆometro, pode-se definir um tra¸co, que ser´a por sua vez classificado como ”loose” ou ”tight”, dependendo da qualidade dos hits associados ao tra¸co em quest˜ao.

Reconstru¸c˜ao

O objetivo da reconstru¸c˜ao de trajet´oria das part´ıculas detectadas pelo FDP, ´e a de-termina¸c˜ao de ξ – fra¸c˜ao de momentum do (anti)pr´oton carregada pelo pomeron – e t –

Figura 3.19: Os detectores de posi¸c˜ao do FPD e as MAPMTs.

U’

U

Figura 3.20: Segmentos de hits em duas camadas de um Roman Pot do FPD.

quadri-momentum transferido ao quadrado – a partir das coordenadas (x,y) dos hits de um candidato a tra¸co – prototrack – em um espectrˆometro do FPD.

O algoritmo de reconstru¸c˜ao do FPD [104, 105, 106], identifica as coordenadas dos hitsde um tra¸co, e com a matriz de transporte (para regi˜oes de curvatura) e uma matriz de trajet´oria

3.3 O Detector de Pr´otons Frontais 45

retil´ınea (para regi˜oes onde a part´ıcula viaja em uma trajet´oria retil´ınea) propaga a trajet´oria da part´ıcula at´e o ponto de intera¸c˜ao, IP, passando pelo separador.

Uma vez que a trajet´oria da part´ıcula foi reconstru´ıda at´e o IP, se determina o momentum da part´ıcula, com informa¸c˜ao precisa sobre a inclina¸c˜ao do tra¸co. ∆P/P ´e determinado por um m´etodo iterativo, que come¸ca com um valor de teste para ∆P/P e atrav´es de v´arias itera¸c˜oes calcula-se qual o valor mais prov´avel para ∆P/P.

O sistema de trigger, tomada de dados e an´alise com o FPD

A partir de janeiro de 2005, o sistema de triggerdo FPD foi completamente integrado ao DØ. Parte da eletrˆonica usada pelo FPD ´e a mesma do CFT (Central Fiber Tracker).

O sistema envia informa¸c˜ao sobre os seus 18 Roman pots para oDØ L1 Trigger Framework e para oL3 Data Acquisition System (se¸c˜ao 3.2.8), em forma de pulsos de corrente. [107]

Esses pulsos de corrente s˜ao amplificados pelas placas de um Amplifier Shaper e enviados para as placas Analog Front End – AFE. M´odulos Multi Chip – MCM – recebem o sinal, discriminam-o⁶ e guardam-no. O sinal ´e guardado como uma forma de compensar por difer-entes extens˜oes de percurso entre luz e part´ıcula. O sinal discriminado ´e ent˜ao enviado `as placasDigital Front End– DFE – que executam a l´ogica da procura de tra¸cos (de acordo com as equa¸c˜oes de tra¸cos [108]). O MCM tamb´em converte amplitude do pulso de sinal para informa¸c˜ao em forma digital para o sistema de L3.

As placas DFE geram os sinais de L1 para cada espectrˆometro e envia-os para oL1 Trigger Manager, que tamb´em recebe informa¸c˜ao de regula¸c˜ao de tempo. Os sinais gerados pelo Trigger Manager s˜ao mandados para oTrigger Framework.

O diagrama do ”caminho” do sinal do FPD est´a mostrado na figura 3.21.

Figura 3.21: Esquema dohardware do sistema de trigger do FPD.

6o discriminador ´e uma esp´ecie de portal para o sinal, que se abre ou fecha se o sinal satisfez ou n˜ao as condi¸c˜oes do discriminador.

O ciclo de tomada de dados do FPD, come¸ca pela inser¸c˜ao dos pots: aproxima¸c˜ao minu-ciosa e milim´etrica dos detectores do feixe. Uma vez aproximados do feixe e em sua posi¸c˜ao de tomada de dados final, que varia de store para store, as MAPMT s˜ao ligadas e toda a cadeia de aquisi¸c˜ao de dados entra em a¸c˜ao, saindo do sinal capturado pelas MAPMT, passando pelo Amplificador de Sinal, sendo enviado para as AFE, indo para as DFE, que transmitir˜ao as decis˜oes de L1 do FPD. Os dados que passaram as decis˜oes de trigger s˜ao armazenados em fita junto com os dados brutos dos outros subdetectores do DØ, passam pelo programa de recontru¸c˜ao D0Reco (se¸c˜ao 3.4.7) e por consertos e atualiza¸c˜oes de calibra¸c˜oes a cada subdetector do DØ (apesar dos dados do FPD n˜ao passarem por nenhuma reconstru¸c˜ao do FPD, essa etapa ´e necess´aria para poder se combinar os dados do FPD com outros objetos detectados pelo DØ, como jatos, m´uons etc), at´e chegarem ao framework de an´alise, em forma de ”folhas” de uma caf tree (se¸c˜ao 3.4.8).

Um ingrediente essencial para qualquer an´alise com os dados do FPD, ´e o alinhamento dos Roman Pots [109], entre si e em rela¸c˜ao ao feixe. O trabalho de alinhamento do espectrˆometro DI para os dados de 2004 – 2005 foi feito como parte do meu doutoramento e est´a detalhado no apˆendice B.